機(jī)械制造基礎(chǔ)-鋼的熱處理-加熱和冷卻過程ppt課件

1、l1、定義：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫暖冷卻，以、定義：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫暖冷卻，以改動(dòng)鋼的組織構(gòu)造，獲得所需求性能的一種工藝。改動(dòng)鋼的組織構(gòu)造，獲得所需求性能的一種工藝。1 鋼的熱處置定義l機(jī)床制造中約機(jī)床制造中約60-70%60-70%的零件要經(jīng)過的零件要經(jīng)過熱處置。熱處置。l汽車、遷延機(jī)制造業(yè)中需熱處置的汽車、遷延機(jī)制造業(yè)中需熱處置的零件達(dá)零件達(dá)70-80%70-80%。l模具、滾動(dòng)軸承模具、滾動(dòng)軸承100%100%需經(jīng)熱處置。需經(jīng)熱處置。l 熱處置特點(diǎn)：只改動(dòng)內(nèi)部組織熱處置特點(diǎn)：只改動(dòng)內(nèi)部組織構(gòu)造，不改動(dòng)外表外形與尺寸。構(gòu)造，不改動(dòng)外表外形與尺寸。2、熱處置的意義、熱處置的意義

2、l3 3、熱處置分類、熱處置分類l預(yù)備熱處置預(yù)備熱處置為隨后的加工或進(jìn)一步熱處置為隨后的加工或進(jìn)一步熱處置作預(yù)備的熱處置。作預(yù)備的熱處置。l最終熱處置最終熱處置賦予工件所要求的運(yùn)用性能的賦予工件所要求的運(yùn)用性能的熱處置熱處置. .預(yù)備熱處置預(yù)備熱處置最終熱處置最終熱處置W18Cr4V鋼熱處置工藝曲線鋼熱處置工藝曲線時(shí)間時(shí)間溫度溫度/4 4、熱處置工藝分類如下根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組、熱處置工藝分類如下根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點(diǎn)不同織性能變化特點(diǎn)不同其他熱處置其他熱處置普通熱處置普通熱處置外表熱處置外表熱處置熱處置熱處置退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空熱處置真空熱處置形變熱處置形

3、變熱處置激光熱處置激光熱處置控制氣氛熱處置控制氣氛熱處置外表淬火外表淬火感應(yīng)加熱、火焰加熱、感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱等電接觸加熱等化學(xué)熱處置化學(xué)熱處置滲碳、氮化、碳氮滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等共滲、滲其他元素等 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握 1. 鋼在加熱時(shí)組織轉(zhuǎn)變的過程中及影響要素；鋼在加熱時(shí)組織轉(zhuǎn)變的過程中及影響要素；2. 共析鋼奧氏體等溫冷卻曲線中各條線的含義。共析鋼奧氏體等溫冷卻曲線中各條線的含義。3. 奧氏體延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的特點(diǎn)，冷卻速度對(duì)鋼的奧氏體延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的特點(diǎn)，冷卻速度對(duì)鋼的組織變化和最終性能的影響；組織變化和最終性能的影響；4. 各種熱處置的定義、目的、組織轉(zhuǎn)變過程

4、，性能變各種熱處置的定義、目的、組織轉(zhuǎn)變過程，性能變化，用途和運(yùn)用的鋼種、零件的范圍。化，用途和運(yùn)用的鋼種、零件的范圍。 加熱目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。加熱目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。 鋼坯加熱鋼坯加熱 鋼加熱時(shí)的實(shí)踐轉(zhuǎn)變溫度分別用鋼加熱時(shí)的實(shí)踐轉(zhuǎn)變溫度分別用Ac1、Ac3、Accm表表示示;冷卻時(shí)的實(shí)踐轉(zhuǎn)變溫度分別用冷卻時(shí)的實(shí)踐轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示。表示。l臨界溫度與實(shí)踐轉(zhuǎn)變溫度臨界溫度與實(shí)踐轉(zhuǎn)變溫度l鐵碳相圖中鐵碳相圖中PSK、GS、ES線線分別用分別用A1、A3、Acm表示。表示。l第一步第一步 奧氏體晶核構(gòu)成：首先在奧氏體晶核構(gòu)成：首先在

5、F與與Fe3C相界形核。相界形核。l第二步第二步 奧氏體晶核長(zhǎng)大：奧氏體晶核長(zhǎng)大：A晶核經(jīng)過碳原子的分散向晶核經(jīng)過碳原子的分散向F和和Fe3C方向長(zhǎng)大。方向長(zhǎng)大。l第三步第三步 剩余剩余Fe3C溶解溶解: 鐵素體因此先消逝。剩余的鐵素體因此先消逝。剩余的Fe3C隨保隨保溫時(shí)間延伸繼續(xù)溶解直至消逝。溫時(shí)間延伸繼續(xù)溶解直至消逝。l第四步第四步 奧氏體成分均勻化：經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間保溫使奧氏體成分趨奧氏體成分均勻化：經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻。于均勻。一、奧氏體的構(gòu)成過程現(xiàn)以共析鋼為例：一、奧氏體的構(gòu)成過程現(xiàn)以共析鋼為例：l亞共析鋼和過共析鋼的奧氏亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程體化過程l 與共析鋼

6、根本一樣，但與共析鋼根本一樣，但由于先共析由于先共析F 或二次或二次Fe3C的的存在，要獲得全部奧氏體組存在，要獲得全部奧氏體組織，必需相應(yīng)加熱到織，必需相應(yīng)加熱到Ac3或或Accm以上以上.奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤其是塑性。因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處置的關(guān)鍵問題之一。三、奧氏體晶粒大小及控制三、奧氏體晶粒大小及控制 l1、晶粒度概念、晶粒度概念2、影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的要素、影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的要素 加熱溫度和保溫時(shí)間：加熱溫度和保溫時(shí)間：加熱溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng)，加熱溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng)，晶粒粗大。晶粒粗大。 加熱速度：加熱速度：加熱速度越快，過熱

7、度越大，形核率越高，晶加熱速度越快，過熱度越大，形核率越高，晶粒越細(xì)。粒越細(xì)。細(xì)化細(xì)化A晶粒途徑：快速加熱，短時(shí)保溫晶粒途徑：快速加熱，短時(shí)保溫 熱熱加加保溫保溫時(shí)間溫度臨界溫度臨界溫度延續(xù)冷卻延續(xù)冷卻等溫冷卻等溫冷卻1、 建立共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)建立共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn) 變曲線變曲線 - TTT曲線曲線 ( C 曲線，外形像曲線，外形像C )(Time-Temperature-Transformation diagram)時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1l過冷奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)l轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物

8、區(qū)l轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū)時(shí)間時(shí)間溫度溫度A1MSMfA過冷過冷APBMAMABAP轉(zhuǎn)變開場(chǎng)線轉(zhuǎn)變開場(chǎng)線轉(zhuǎn)變終了線轉(zhuǎn)變終了線隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生三種類型轉(zhuǎn)變。隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生三種類型轉(zhuǎn)變。珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變l根據(jù)片層厚薄不同，又細(xì)分為珠光體、索氏體和根據(jù)片層厚薄不同，又細(xì)分為珠光體、索氏體和托氏體。三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形狀上的粗托氏體。三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形狀上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對(duì)的。細(xì)之分，因此其界限也是相對(duì)的。l片間距越小，鋼的強(qiáng)度、片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌硬度越高，而塑性和韌性略有改善。性略有

9、改善。 2 貝氏體轉(zhuǎn)變 貝氏體用符號(hào)B表示。 根據(jù)其組織形狀不同， 貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體B下。 上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無適用價(jià)值。 下貝氏體具有良好的綜合力學(xué)性能。 上貝氏體上貝氏體下貝氏體下貝氏體3 3馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變 馬氏體的晶體構(gòu)造馬氏體的晶體構(gòu)造 碳在碳在-Fe-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體中的過飽和固溶體稱馬氏體, ,用用符號(hào)符號(hào)M M 表示。表示。馬氏體組織馬氏體組織FCCBCT鐵原子鐵原子馬氏體馬氏體的構(gòu)成的構(gòu)成碳原子碳原子 馬氏體的形狀馬氏體的形狀C%C%小于小于0.2%0.2%時(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。時(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%C%大于大

10、于1.0%C1.0%C時(shí)那么幾乎全部是針狀馬氏體。時(shí)那么幾乎全部是針狀馬氏體。C%C%在在0.21.0%0.21.0%之間為板條與針狀的混合組織。之間為板條與針狀的混合組織。0.45%C0.2%C1.2%C馬氏體形狀與含碳量的關(guān)系馬氏體形狀與含碳量的關(guān)系 馬氏體的性能馬氏體的性能高硬度是馬氏體組織高硬度是馬氏體組織性能的主要特點(diǎn)。性能的主要特點(diǎn)。馬氏體的硬度主要取馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。決于其含碳量。 馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%3、 共析碳鋼共析碳鋼 TTT 曲線的分析曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開

11、場(chǎng)線物轉(zhuǎn)變開場(chǎng)線A向產(chǎn)物向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線轉(zhuǎn)變終止線 A +產(chǎn)產(chǎn) 物物 區(qū)區(qū)產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū)高溫轉(zhuǎn)變區(qū);分散型轉(zhuǎn)變分散型轉(zhuǎn)變; P 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。550230;中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變區(qū)區(qū); 半分散型轉(zhuǎn)變半分散型轉(zhuǎn)變; 貝氏體貝氏體( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū);230 - 50; 低溫轉(zhuǎn)低溫轉(zhuǎn)變區(qū)變區(qū); 非分散型轉(zhuǎn)變非分散型轉(zhuǎn)變;馬氏體馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變類型類型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變產(chǎn)物產(chǎn)物形成溫形成溫度，度，轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變機(jī)制機(jī)制顯微組織特征顯微組織特征HRC獲得獲得

12、工藝工藝珠珠光光體體PA1650擴(kuò)擴(kuò)散散型型粗片狀，粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分相間分布布5-20退火退火S650600細(xì)片狀，細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分相間分布布20-30正火正火T600550極細(xì)片狀，極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布相間分布30-40等溫等溫處理處理貝貝氏氏體體B上上550350半擴(kuò)半擴(kuò)散型散型羽毛狀，短棒狀羽毛狀，短棒狀Fe3C分分布于過飽和布于過飽和F條之間條之間40-50等溫等溫處理處理B下下350MS竹葉狀，細(xì)片狀竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分分布于過飽和布于過飽和F針上針上50-60等溫等溫淬火淬火馬馬氏氏體體M針針MSMf非擴(kuò)非擴(kuò)散型散型針狀針狀60-65淬火淬火M板板

13、MSMf板條狀板條狀50淬火淬火四、過冷奧氏體延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變四、過冷奧氏體延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱過冷奧氏體延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT 曲線，是經(jīng)過測(cè)定不曲線，是經(jīng)過測(cè)定不同冷速下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。可用同冷速下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的?？捎肨TT曲線定性闡曲線定性闡明延續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變情況。明延續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變情況。共析鋼共析鋼CCTCCT曲線曲線(Continuous-Cooling-Transformation)P均勻均勻A細(xì)細(xì)AP退火退火(爐冷爐冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+AM+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf時(shí)間時(shí)間6506005501、奧氏體中含碳量的影響、奧氏體中含碳量的影響 共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定，共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右；曲線最靠右； Ms 與與Mf 點(diǎn)隨含碳量添加而下降。點(diǎn)隨含碳量添加而下降。 過過共析共析 鋼鋼亞亞時(shí)間溫度A12.奧氏體中含合金元素的影響奧氏體中含合金元素的影響 除除Co 外外, 凡溶入奧氏體的合金元素都使凡溶入奧氏體的合金元素都使C 曲線右移；曲線右移； 除除Co、Al (2.5% ) 外外,一切合金元一切合金元 素素溶入奧